22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina II-142 - FILTRAÇÃO TERCIÁRIA COM PRÉ-TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO EM UMA ETE DO TIPO UASB + BIOFILTROS AERADOS SUBMERSOS José Venâncio dos Santos Neto Engenheiro Civil graduado pela UFES (2000), Mestrando do Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental da UFES. Fabrícia Fafa de Oliveira Engenheira Civil – UFES (1988), M.Sc. em Engenharia Ambiental – UFES (1996), Pesquisadora do Núcleo Água/UFES. Rachel Chiabai Engenheira Civil – UFES (2002), Mestranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental da UFES. Luciana Secolo Morgan Aluna do curso de Química – UFES, Pesquisadora do Núcleo Água - UFES. Eliana Zandonade Estatística pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Mestre em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ). Doutora em Estatística pela Universidade Estadual de São Paulo (IME-USP). Professora Adjunta do Departamento de Estatística da Universidade Federal do Espírito Santo (DEST-UFES).

Bianca Barcellos Bazzanella Aluna do 9º período do curso de Engenharia civil – UFES, bolsista de iniciação científica - CNPQ. Ricardo Franci Gonçalves(1) Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), pós-graduado em Engenharia de Saúde Pública - ENSP/RJ (1985), DEA Ciências do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas - INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS. Endereço(1): Departamento de Hidráulica e Saneamento – Universidade Federal do Espírito Santo – Agência FCAA – Vitória – ES – CEP.: 29060-970 – Brasil – Tel.: +55 (27) 3335-2857 - Fax: +55 (27) 3335-2165 e-mail: franci@npd.ufes.br RESUMO Filtros terciários com leitos de camada única de areia, em escala piloto, foram utilizados em uma ETE associando reator UASB e Biofiltros aerados submersos, com o intuito de avaliar a remoção adicional de sólidos suspensos totais, turbidez e fósforo. Cloreto férrico foi utilizado como coagulante, adicionado a montante dos filtros. Foram testadas diferentes cargas hidráulicas e dosagens de coagulante para se alcançar níveis de turbidez, sólidos suspensos totais e fósforo satisfatórios, buscando as melhores condições operacionais. Os resultados demonstraram que, para remoção de turbidez, a utilização do coagulante é dispensável, pois, além de não contribuir significativamente para a remoção, reduz os tempos de filtração à medida que a dosagem aumenta. Para a taxa de filtração de 10m3/m2.h, os filtros obtiveram uma remoção média de turbidez acima de 65% e tempos de filtração que variaram de 9,5 h a 10,7 h, para alcançar perdas de carga entre 100 e 150cm. Comportamento semelhante ao ocorrido para remoção de turbidez pôde-se observar em relação à remoção de sólidos suspensos totais. Os filtros terciários garantiram uma qualidade média do efluente abaixo de 10 mgSST/L na condição com taxa de 10m3/m2.h, sem adição de coagulante, sendo que, para os filtros FT2 e FT3, a concentração efluente foi sempre inferior a 6 e 4 mgSST/L, respectivamente. Para a remoção de fósforo, foram necessárias doses molares Fe:P-PO4 superiores a 2,5 para atingir níveis de remoção acima de 50%, sendo que os melhores resultados foram obtidos

na dose molar de 3,63, quando as eficiências médias foram de 60, 79 e 73% para os filtros FT1, FT2 e FT3, respectivamente. PALAVRAS-CHAVE: Esgotos sanitários, pós-tratamento, filtração terciária, fósforo, turbidez, reuso. INTRODUÇÃO O tratamento secundário de esgotos sanitários através da associação em série de reatores UASB e biofiltros aerados submersos foi amplamente pesquisado pela UFES nos editais 1, 2 e 3 do programa PROSAB. Esta associação de processos resulta em estações de tratamento compactas, capazes, via de regra, de produzir efluentes com as seguintes características médias: SS < 30 mg/L, DBO < 30 mg/L e DQO < 90 mg/L. Buscando adaptar a este tipo de ETE a desinfecção através de radiação ultravioleta, observou-se que a eficiência desta última etapa seria sensivelmente melhorada caso o efluente secundário fosse submetido a uma etapa complementar de clarificação. É do conhecimento geral que as partículas sólidas presentes no efluente submetido à desinfecção interferem na transferência da radiação UV, reduzindo a eficiência do processo na inativação de patógenos. Desta forma surgiu o interesse pelo estudo da filtração terciária do efluente da ETE UFES, com a complementação opcional de uma etapa de coagulação / floculação, com vistas à remoção avançada de turbidez, sólidos suspensos e fósforo. Esse trabalho apresenta resultados de uma pesquisa sobre o tratamento a nível terciário do efluente de uma ETE composta por reator anaeróbio, do tipo UASB, com biofiltros aerados submersos, através da associação de coagulação, filtração terciária para a produção de efluente com elevado nível de clarificação. Esta pesquisa, em conjunto com a pesquisa sobre a desinfecção de efluentes tratados na ETE UASB + BF´s da UFES, visa o desenvolvimento de técnicas que permitam a produção de efluentes tratados de alta qualidade, passíveis de reuso para os mais diversos fins. Filtração terciária de esgotos sanitários O interesse na filtração terciária vem aumentando bastante nos últimos anos devido principalmente à legislação sobre qualidade de água, que se torna cada vez mais restritiva. No Brasil, poucos sistemas desse tipo estão instalados, possivelmente devido aos poucos estudos consistentes existentes sobre o assunto. O objetivo da filtração terciária é remover partículas suspensas e coloidais do efluente secundário ou do esgoto quimicamente tratado. Isso é conseguido pela passagem do esgoto através de um meio granular. À medida que os sólidos vão sendo removidos e o filtro vai se tornando mais "entupido", ele perde sua eficácia devido à restrição da passagem da água ou pela perda de eficiência na remoção de sólidos suspensos. A limpeza do leito sujo é

realizada através da retrolavagem, um processo onde a água passa em fluxo ascendente através do leito e é descartada juntamente com os sólidos que se encontravam retidos, preparando o leito para o próximo ciclo de filtração. Os projetos de filtros granulares para esgoto basicamente seguiram os procedimentos desenvolvidos para o tratamento de água potável. Entretanto, existem muitas diferenças entre a filtração de água potável e de esgoto. Em geral, filtros de esgoto recebem partículas maiores, mais pesadas e de tamanhos mais variados, além de cargas de sólidos mais irregulares. A filtração de esgoto é complexa e consiste de muitos processos físicos e químicos. Uma filtração de partículas coloidais eficiente geralmente requer uma desestabilização das mesmas, acompanhada de coagulação e floculação. Isso permite a formação de partículas maiores que poderão ser removidas por interceptação ou outros mecanismos. Portanto, os coagulantes serão eficientes auxiliares da filtração se uma floculação adequada for promovida. Entretanto, seu uso pode afetar adversamente a duração da corrida de filtração. Filtração de efluentes com adição de produtos químicos Dependendo da qualidade do efluente secundário, a adição de produtos químicos tem sido utilizada para melhorar a performance dos filtros de efluente. A adição de produtos químicos também tem sido utilizada para atingir objetivos de tratamento específicos, incluindo a remoção de parâmetros específicos tais como fósforo, íons metálicos e substâncias húmicas. Produtos químicos comumente utilizados na filtração de efluentes incluem uma variedade de polímeros orgânicos, sulfato de alumínio e cloreto férrico. Remoção de Fósforo através da adição de produtos químicos Na maior parte dos esgotos, aproximadamente 10% do fósforo, correspondente à porção insolúvel é normalmente removida pela decantação primaria. Com exceção da porção incorporada dentro dos tecidos celulares, a remoção adicional alcançada no tratamento biológico convencional é mínima porque quase todo fósforo presente na decantação primaria é solúvel. A adição de certos produtos químicos ao esgoto produz sais insolúveis ou de baixa solubilidade quando combinado com o fosfato. Os principais produtos químicos utilizados são sulfato de alumínio, aluminato de sódio, cloreto férrico, sulfato férrico e cal. Sulfato ferroso e cloreto ferroso também são utilizados. Polímeros têm sido utilizados efetivamente em conjunto com alumínio e cal como auxiliares de floculação. A Tabela 1 apresenta um resumo das principais reações que ocorrem na precipitação química do fósforo. Tabela 1: Resumo das reações que ocorrem durante a precipitação química do fósforo Reação

Produto químico no lodo Cal 1. 5 Ca+2 + 3 PO4-3 + OH- Û Ca5(PO4)3(OH) Ca5 (PO4)3(OH) 2. Mg+2 + 2 OH- Û Mg (OH)2 Mg (OH)2 3. Ca+2 + CO3-2 Û CaCO3 CaCO3 Alumínio 1. Al+3 + PO4-3 Û AlPO4 AlPO4 2. Al+3 + 3 OH- Û Al (OH)3 AlOH3 Ferro - Fe (III) 1. Fe+3 + PO4-3 Û FePO4 FePO4 2. Fe+3 + 3 OH- Û Fe (OH)3

Fe (OH)3 Precipitação química Precipitação química no tratamento de esgotos envolve a adição de produtos químicos para alterar o estado físico de sólidos suspensos e dissolvidos e para facilitar sua remoção através da sedimentação. Em alguns casos a alteração é desprezível e a remoção é realizada por meio da retenção em um precipitado volumoso consistindo principalmente do próprio coagulante. Outro resultado da adição de produtos químicos é um aumento dos constituintes dissolvidos do esgoto. Processos químicos, em conjunto com várias operações físicas, têm sido desenvolvidos para completar o tratamento secundário do esgoto, incluindo a remoção de nitrogênio ou fósforo, ou ambos. Outros processos químicos têm sido desenvolvidos para remover fósforo por precipitação química e são projetados para serem usados em conjunto com o tratamento biológico. Ao longo dos anos, muitas substâncias diferentes têm sido utilizadas como precipitantes. Os produtos químicos mais comuns estão listados na Tabela 2. O nível de clarificação obtido depende da quantidade de produto utilizada e do cuidado com o controle do processo. Ë possível com a precipitação química obter um efluente clarificado, substancialmente livre de matéria em suspensão ou em estado coloidal. De 80 a 90 % da matéria suspensa total, 40 a 70 % da DBO, 30 a 60 % da DQO e 80 a 90 % das bactérias podem ser removidas pela precipitação química. Em comparação, quando sedimentação simples é utilizada, apenas 50 a 70 % da matéria suspensa total e 30 a 40 % da matéria orgânica são removidos. Tabela 2: Produtos químicos utilizados no tratamento de esgoto Produto Fórmula Massa Molecular Densidade (g/cm3) Sólido Líquido Sulfato de Alumínio Al2(SO4)3.18H2O Al2(SO4)3.14H2O

666.7 594.3 0.96-1.20 0.96-1.20 1.25-1.28 (49%) 1.33-1.36 (49%) Cloreto Férrico FeCl3 162.1 1.35-1.49 Sulfato Férrico Fe2(SO4)3 FE2(SO4)3.3H2O 400 454 1.12-1.15 Sulfato Ferroso FeSO4.7H2O 278.0 0.99-1.06 Cal

Ca(OH)2 56 como CaO 0.56-0.80 Os produtos químicos adicionados ao esgoto interagem com substâncias que estão normalmente presentes no esgoto ou são adicionadas para isso. As reações para Cloreto Férrico são: 162.13 X 18 106.9 FeCl3+3H2OÛ Fe (OH)3+3H++3Cl- Cloreto FérricoÁgua Hidróxido Férrico 3H++3HCO3-Û 3H2CO3 MATERIAIS E MÉTODOS Os experimentos foram realizados na ETE UFES, localizada no campus da Universidade Federal do Espírito Santo, em Vitória/ES. A ETE opera com uma vazão média de 1,0 l/s e é composta por uma estação elevatória, um reator UASB, 03 Biofiltros aerados submersos (BF´s secundários trifásicos) funcionando em paralelo e 01 Filtro terciário bifásico em série com um dos BF´s. Os ensaios de filtração terciária foram realizados em três filtros pilotos (Figura 1), diferenciados pela altura do leito filtrante. Os filtros foram construídos em tubos de PVC leve, diâmetro 200mm, com altura total de 3,0m, e operam com fluxo descendente. A altura do leito filtrante é de 0,6, 1,0 e 1,4 metros para os filtros FT1, FT2 e FT3, respectivamente. A Tabela 3 apresenta as características principais do leito filtrante utilizado. A camada suporte é constituída por 30cm de pedregulho graduado, apoiado sobre uma tela de PVC rígido. Os filtros foram projetados para reproduzir filtração descendente de alta taxa com carga constante e camada simples. Foram instaladas mangueiras transparentes a cada 30cm ao longo da altura dos filtros para verificação da perda de carga nas diferentes camadas do leito. Foram instaladas também torneiras para coleta de efluente em diferentes alturas. No fundo dos filtros existem tubulações para suprimento de água e ar utilizados durante a lavagem. As lavagens eram realizadas em fluxo ascendente. Figura 1: filtros terciários piloto

Tabela 3: Características principais do leito filtrante FILTRO COMPOSIÇÃO ALTURA DO LEITO PERDA DE CARGA DISPONÍVEL FT1 Areia, diâmetro efetivo = 1,7mm; Porosidade = 0,4; Ce = 0,81 0,6m 1,02m FT2 1,0m 1,42m FT3 1,4m 1,82m A alimentação dos filtros era realizada através de uma bomba centrífuga submersa instalada no interior de um dos biofiltros secundários. O efluente dos BF’s era então conduzido até uma câmara instalada no topo dos filtros terciários piloto, onde ocorria a mistura rápida através de um misturador elétrico de paletas horizontais. A distribuição da vazão para os três filtros era feita por meio de vertedouros triangulares. A dosagem de coagulante era realizada através de bombas peristálticas. O efluente dos filtros era então encaminhado para o reservatório final da ETE UFES. A Figura 2 apresenta a câmara de mistura rápida onde o coagulante era adicionado e a vazão era distribuída para os três filtros. Figura 2: Câmara de mistura rápida

Antes de se iniciarem os testes os filtros eram lavados em fluxo ascendente. Foram realizados testes com as taxas de 10, 8 e 6 m3/m2.h. As dosagens de cloreto férrico testadas variaram de 10 a 190 mg/L, sendo que as taxas de 6 e 8 m3/m2.h foram testadas somente com dosagens de 0, 5 e 10 mgCF/L. A rotina de análise consistiu de determinações de sólidos suspensos totais, turbidez, fósforo e DQO, além de medições da perda de carga e da vazão. Amostras simples eram coletadas na entrada da câmara de mistura e na saída dos filtros terciários de uma em uma hora, e levadas para laboratório onde eram feitas as leituras de turbidez e as amostras compostas, referentes ao tempo de colapso do FT3, em seguida, do FT2 e, por último, do FT1. As coletas para análise de alcalinidade eram realizadas ocasionalmente. Foram realizadas medições da perda de carga total e a cada 30cm de leito filtrante, a fim de avaliar a distribuição dos sólidos ao longo do mesmo. Todas as análises seguiram os procedimentos descritos no "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" (APHA, 1995). RESULTADOS E DISCUSSÃO Remoção da Turbidez Para a taxa de 10 m3/m2.h, a eficiência média de remoção da turbidez, para um mesmo tempo de filtração (tempo de colapso do FT3), foi superior a 65% para os três filtros (Tabela 4), nas condições com dosagens de coagulante de 0 até 20 mgCF/L, produzindo efluentes com turbidez média de 3,9 a 6,9 UT para o FT1, 2,7 a 5,1 UT para o FT2 e 2,2 a 4,3 UT para o FT3. Para as condições testadas com dosagens de coagulante acima de 20 mgCF/L, apenas na condição com dosagem de 50 mgCF/L a eficiência de remoção média de turbidez manteve-se acima de 55% para os três filtros. Com o aumento da dosagem de coagulante, houve uma tendência de queda na eficiência média de remoção da turbidez, permanecendo abaixo de 50% para todas as demais condições testadas, com exceção do FT3, dose 30 mgCF/L, o qual teve uma eficiência média de remoção de 61%. Isto pode ser explicado devido ao aumento do teor de sólidos dissolvidos no efluente, normalmente produzido quando da utilização de cloreto férrico como coagulante, além da elevada presença de "cor", a qual pode influenciar a leitura da turbidez. O FT3 apresentou maior eficiência de remoção da turbidez para todas as condições avaliadas, sendo que a maior eficiência média foi alcançada na condição com dosagem de 10 mgCF/L (86% - turbidez média efluente = 3UT) e o efluente de melhor qualidade média foi alcançado na condição sem adição de coagulante (2 UT – eficiência média de remoção = 80%). Para a faixa de dosagem de coagulante de 0 a 20 mg/L, a diferença média entre a eficiência de remoção da turbidez entre o FT3 e o FT2 foi de 4%, e entre o FT3 e o FT1 foi de 12%.

Tabela 4 – Eficiência na remoção de turbidez para a taxa de filtração de 10 m3/m2.h Dose de coag. (mgCF/L) Turbidez afluente (UT) Turbidez efluente (UT) FT1 % rem. FT2 % rem. FT3 % rem. 0 16 5 69 4 77 3 81 5 21 7 66

5 75 4 79 10 21 6 73 4 83 3 86 20 11 4 65 3 76 2 80 30 9 7

22 6 36 4 61 40 13 11 14 11 18 8 36 50 35 13 55 12 60 10 64 60 12 8

35 8 35 6 46 70 7 9 -38 9 -38 9 -30 80 7 8 -23 8 -14 7 0 90 7

8 -23 8 -14 7 0 100 7 8 -23 7 28 6 44 110 17 20 -30 15 3 14 8 120 13

18 -37 15 -17 13 -3 130 16 16 4 13 22 11 31 140 11 20 -71 17 -49 15 -32 150

11 16 -39 13 -16 13 -15 160 11 18 -70 17 -57 17 -58 170 20 21 -2 18 11 20 4 180

14 20 -44 18 -31 17 -23 190 14 20 -44 18 -31 17 -23 Comparando os resultados obtidos nesta etapa da pesquisa com aqueles obtidos anteriormente, quando foram testadas as taxas de filtração de 6 e 8 m3/m2.h com dosagens de coagulante de 0, 5 e 10 mgCF/L (Tabela 5), podemos verificar que, em termos de eficiência na remoção da turbidez, para um mesmo tempo de filtração "t" equivalente ao colapso do FT3 na condição com taxa de 10 m3/m2.h, a saber, 9,5 h, 7,5h e 6,5h para as dosagens de 0, 5 e 10 mgCF/L, respectivamente, verificamos que há uma semelhança muito grande na qualidade dos efluentes do FT3 e FT2 para todas as taxas avaliadas (menor ou igual a 1 UT) e também na sua eficiência média de remoção (menor ou igual a 4%). Entretanto, se comparados ao FT1, essa diferença sobe para 1 a 3 UT na turbidez do efluente e de 4 a 13% na eficiência média de remoção. Isto indica uma tendência de ocorrência de transpasse de sólidos no FT1, mesmo com tempo de filtração relativamente curto. Deve-se levar em consideração que, devido a problemas operacionais na ETE UFES quando foi avaliada a taxa de 6m3/m2.h com dosagens de 0 e 5 mgCF/L, a turbidez afluente aos filtros esteve muito acima da verificada nas demais ocasiões.

Tabela 5 – Eficiência média na remoção de turbidez para o tempo de colapso do FT3 Taxa de filtração = 6 m3/m2.h Dose de coag. (mg/L) Turbidez afluente (UT) Turbidez efluente (UT) FT1 %rem. FT2 %rem. FT3 %rem. 0 35 7 80 5 85 5 86 5 40 10 76

7 82 7 83 10 18 6 67 5 71 5 71 Taxa de filtração = 8 m3/m2.h Dose de coag. (mg/L) Turbidez afluente (UT) Turbidez efluente (UT) FT1 %rem. FT2 %rem. FT3 %rem. 0

17 5 65 4 72 4 74 5 18 6 67 4 75 4 78 10 22 5 77 4 81 4 83 Taxa de filtração = 10 m3/m2.h

Dose de coag. (mg/L) Turbidez afluente (UT) Turbidez efluente (UT) FT1 % rem. FT2 % rem. FT3 % rem. 0 16 5 69 4 77 3 81 5 21 7 66 5 75

4 79 10 21 6 73 4 83 3 86 Duração da corrida de filtração As corridas de filtração nas condições com dosagens de coagulante de 0 a 20 mgCF/L foram limitadas, nos três filtros, pela perda de carga, e não pela turbidez limite (10UT) (Tabela 6). Limitações técnicas impediram que, no início da pesquisa, os testes fossem conduzidos até a perda de carga limite do FT1 (182 cm). Podemos observar que, na condição sem adição de coagulante, tempos de filtração superiores a 9 horas sem ocorrência de transpasse (turbidez < 10 UT) e com perda de carga total variando entre 100 e 150cm. A partir das dosagens de 30 mgCF/L para o FT1, 40 mgCF/L para o FT2 e 70 mgCF/L para o FT3, observou-se que a duração da corrida passou a ser limitada pela turbidez limite (10 UT). A partir da dosagem de 110 mgCF/L, os filtros não foram capazes de produzir efluente com turbidez menor que 10 UT, mesmo nas primeiras horas de corrida. Comparando estes resultados com aqueles obtidos para as taxas de 6 e 8 m/h, quando foram testadas as dosagens de 0, 5 e 10 mgCF/L (Tabela 7), verificamos que os tempos de filtração são superiores a 14 horas sem ocorrência de transpasse, com a perda de carga na faixa entre 100 e 150cm. Tabela 6 – Duração da corrida de filtração X Dose de coagulante (taxa de 10 m3/m2.h) Duração da corrida de Filtração - taxa = 10 m3/m2.h Dose de coag. (mgCF/L) FT1

FT2 FT3 Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) 0 * 10,0 * 110 * 10,7 * 142 * 9,5 * 102 5 *

9,0 * 117 * 10,0 * 142 * 7,5 * 102 10 * 9,0 * 157 * 9,0 * 126 * 6,5 * 102

20 * 9,0 * 171 * 7,0 * 142 * 5,0 * 102 30 ** 8,0 ** 118 * 7,0 * 125 *

4,0 * 102 40 ** 5,3 ** 141 ** 5,3 ** 142 * 2,5 * 102 50 ** 3,0 ** 63 ** 3,0 **

87 * 3,5 * 102 60 ** 4,0 ** 79 ** 4,0 ** 102 * 5,0 * 102 70 ** 3,3 ** 109

** 2,8 ** 103 ** 2,8 ** 102 80 ** 3,7 ** 80 ** 3,7 ** 96 ** 3,7 ** 102 90 ** 4,0

** 112 ** 4,0 ** 110 * 3,0 * 102 100 ** 3,7 ** 93 ** 4,0 ** 101 * 3,7 * 102

110 *** *** *** *** *** *** 120 *** *** *** *** ***

*** 130 *** *** *** *** 1,8 ** 102 140 *** *** ***

*** *** *** 150 *** *** *** *** *** *** 160 *** ***

*** *** *** *** 170 *** *** *** *** *** *** 180 ***

*** *** *** *** *** 190 *** *** *** *** *** *** Observações:

* Teste interrompido, turbidez < 10 UT ** Teste interrompido, turbidez > 10 UT *** Não houve turbidez < 10 UT Tabela 7 – Duração da corrida de filtração x Dose de coagulante (taxas 6 e 8 m3/m2.h) Duração da corrida de Filtração - taxa = 8 m3/m2.h Dose de coag. (mgCF/L) FT1 FT2 FT3 Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) 0 * 16,0 * 135 * 16,0

* 142 * 14,0 * 102 5 ** 16,0 ** 125 ** 16,0 ** 142 * 13,6 * 102 10 * 10,0 *

144 * 10,0 * 127 * 8,8 * 102 Duração da corrida de Filtração - taxa = 6 m3/m2.h Dose de coag. (mgCF/L) FT1 FT2 FT3 Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) Tempo (h) PDC (cm) 0 * 12,0 *

100 * 12,0 * 116 * 12,0 * 102 5 ** 7,0 ** 53 ** 8,0 ** 54 ** 8,0 ** 50 10

* 14,1 * 145 * 14,1 * 147 * 12,2 * 102 Observações: * Teste interrompido, turbidez < 10 UT ** Teste interrompido, turbidez > 10 UT Para a taxa de 6 m/h, dose de 5 mgCF/L, a turbidez média afluente aos filtros foi superior a 30 UT Estimativa da duração da corrida Foram avaliadas, para diferentes taxas de filtração, a eficiência na remoção de SST e a capacidade de estocagem de sólidos nos filtros. A partir da concentração média de sólidos afluente e da eficiência média de remoção de SST, foram calculados o tempo de filtração para atingir um incremento de perda de carga de 1, 2 e 3 metros (Figuras 3 a 11), admitindo uma evolução da perda de carga em função da estocagem relativa de sólidos nos filtros, com base em uma equação exponencial do tipo h (t) = k1.e (k2.t). Somente na condição testada sem coagulante, para o filtro FT1, não foi observada a relação de, quanto menor a taxa, maior o tempo de filtração. Pode-se observar, entretanto, que não há diferença significativa no tempo de filtração quando se utiliza a taxa de 10 m3/m2.h ou de 8 m3/m2.h. Para a taxa de 10 m3/m2.h, considerando um incremento de perda de carga de 1

metro, os tempos de filtração seriam de 17, 15 e 14 horas para os filtros FT1, FT2 e FT3, respectivamente. Figura 3 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 4 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 5 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 6 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 7 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 8 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 9 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 10– Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada Figura 11 – Taxa de filtração X Duração da corrida para uma perda de carga determinada

Remoção de fósforo A remoção de fósforo foi avaliada, visando atingir níveis inferiores a 1 mgP/L. Os resultados durante a etapa de Teste de jarros indicaram uma dose molar de 3,4 (Fe : P-PO4) como suficiente para atingir esta concentração. Entretanto, para os testes realizados em escala piloto, quando foi avaliada a filtração com taxa de 10m3/m2.h e dosagens de cloreto férrico variando de 20 a 190 mgCF/L, os resultados obtidos para amostras compostas referentes ao tempo de colapso dos filtros (perda de carga limite), não atingiram o nível desejado (Figuras 12 e 13 e Tabela 8). As maiores eficiências de remoção ocorreram para uma dose molar de 3,63 Fe:P-PO4 (73% para o FT3, 79% para o FT2 e 59% para o FT1), quando ocorreram também os menores níveis de P-PO4 no efluente (1,91, 1,00 e 1,27 mgP-PO4/L para os filtros FT1, FT2 e FT3, respectivamente). Para esta condição, os tempos de filtração foram, para o FT1, 5,6 h para uma perda de carga de 182cm; para o FT2, 4,0 h para uma perda de carga de 142cm e para o FT3, 1,8 h para uma perda de carga de 102cm. Como a dosagem do produto era feita sem se considerar a concentração de fósforo afluente no dia da campanha, uma faixa de dose molar compreendida entre 2,59 e 3,52 mol Fe / mol P-PO4 não foi avaliada. Figura 12 – Dose molar X % rem.P-PO4 (10m3/m2.h) Figura 13 – Remoção de Ortofosfato (10m3/m2.h) Tabela 8 – Remoção de ortofosfato no tempo de colapso dos filtros ORTOFOSFATO Dose Coag. (mg/L) amostra BF1 Dose FT1 FT2 FT3

T3 Fe:P T3 %rem. T2 %rem. T1 %rem. 20 5,78 0,45 4,93 14,71 4,55 21,28 4,93 14,71 30 6,11 0,64 4,97 18,65 4,70

23,07 3,77 38,29 40 5,95 0,88 4,14 30,41 4,31 27,55 3,70 37,81 50 6,05 1,08 5,35 11,56 4,96 18,01 4,26 29,58 60 6,17 1,27

6,77 -9,72 5,18 16,05 4,60 25,45 70 5,83 1,57 4,36 25,15 ND ND 3,55 39,06 80 5,71 1,83 4,31 24,50 4,08 28,53 3,75

34,31 90 5,80 2,03 2,70 53,46 4,15 28,46 3,67 36,74 100 6,40 2,04 5,22 18,48 4,62 27,85 4,37 31,75 110 5,55 2,59 2,74 50,66

2,03 63,44 1,70 69,39 120 6,05 2,59 3,57 40,99 2,91 51,90 2,67 55,87 130 4,68 3,63 1,91 59,18 1,00 78,57 1,27 72,96 140

5,16 3,55 3,20 37,98 2,52 51,16 3,18 38,37 150 5,14 3,82 2,19 57,31 2,47 51,89 2,06 59,91 160 5,95 3,52 3,14 47,17 2,77 53,44

2,00 66,40 170 5,99 3,71 3,27 45,30 3,61 39,67 1,76 70,56 190 6,27 3,96 4,37 30,30 4,07 35,09 3,41 45,61 CONCLUSÕES Considerando os resultados obtidos, podemos considerar que, para a remoção adicional de turbidez (< 10UT) em um sistema tratando esgotos domésticos através da associação de

reator UASB, Biofiltros aerados submersos e Filtros terciários com fluxo descendente e leito de areia, a configuração mais indicada é a que opera com taxa de filtração de 10m3/m2.h, leito filtrante com altura da camada de areia de 1,00 metro, sendo desnecessária a adição de cloreto férrico como coagulante. A opção pela utilização da taxa de 10m3/m2.h, apesar desta fornecer menores tempos de filtração, se justifica pela sua eficiência, equivalente à que quando se utiliza taxas de 6 ou 8m/h, e pela economia de área para implantação do sistema, que pode ser revertida na instalação de sistemas automatizados de operação. Os resultados obtidos demonstram que o sistema proposto, associando reatores UASB, Biofiltros aerados submersos e Tratamento físico-químico com cloreto férrico seguido de filtração terciária em leito de areia, apresentou eficiência de remoção de fósforo superior a 50 % para as condições com taxa de filtração de 10m3/m2.h e dose molar superior a 2,5 Fe : P-PO4, sem atingir, entretanto, a meta de 1 mg/L. A adição de polímeros pode ser necessária para otimizar a remoção. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS METCALF & EDDY, Inc., Wastewater Engineering. Treatment, Disposal and Reuse. Ed. McGraw-Hill, Third Edition, 1991. DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de tratamento de Água - V. I e II. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro, Brasil, 1993. JIMÉNEZ, B., BUITRÓN, G., Comparison between three secondary effluents in tertiary high rate filtration. Environmental Technology, vol. 17, p. 987-995. Publications Division Selper Ltd., 1996. VIANNA, M. R., Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. Imprimatur, Terceira Edição, Belo Horizonte, 1997.